发动机排气系统中应用电磁驱动配气机构的关键技术研究

发布时间：2020-06-19 23:53

【摘要】：可变配气技术是提升发动机性能的关键技术之一。作为一种新型的全可变配气机构,电磁驱动配气机构能够提供完全独立、连续可变且可以实时调节的气门运动规律,将其应用于发动机进气系统,能够增加满负荷工况下的充气效率,并大幅度地降低部分负荷工况下的泵气损失,从而有效地提升发动机的动力性和燃油经济性。而在发动机排气系统应用电磁驱动配气机构,可以进一步的发挥全可变配气机构的优势,提升工质膨胀比,减小排气损失,并降低有害排放物的浓度。但是受制于燃烧过后缸内气体的高压力和高温度的影响,在发动机排气系统应用电磁驱动配气机构仍然存在着巨大的挑战性。针对此问题,本文基于一种动圈式电磁直线执行器的电磁驱动配气机构,通过理论分析、仿真计算和试验研究相结合的方法对其在发动机排气系统的应用展开深入的研究,并进一步分析全可变进排气门对发动机性能的提升效果,探索新的技术方案来改善发动机性能,具有重要的研究意义和应用价值。论文的主要工作和研究成果包括以下几个方面:(1)对在发动机排气系统中应用电磁驱动配气机构的需求进行了分析,基于此改进了电磁直线执行器样机,并测试了其运动性能。在此基础上对某四缸发动机原型机进行改造,提出了构建无凸轮发动机试验平台的技术方案。随后建立了发动机工作过程数值仿真模型,并通过试验验证了其准确性,为后续的研究奠定了良好的基础。(2)研究了电磁驱动排气门在不同气体压力下的开启性能及其能耗变化规律。基于Matlab/Simulink环境建立了面向控制的发动机排气过程仿真模型,并提出了基于电动直线负载模拟器的试验系统方案,以负载模拟器来模拟排气压力环境,开展了相关试验测试。通过仿真与试验结果验证了电磁驱动排气门的开启性能,分析了气体压力对气门开启的影响规律,表明其初步具备在发动机排气系统应用的条件。此外,还揭示了气门运行模式和气体压力对配气机构能耗的影响规律。(3)针对电磁驱动配气机构工作中存在的发热问题,根据传热学理论对其进行了热特性分析。基于对不同散热方案的综合论证分析,提出了基于动圈自身泵吸效应的散热方案,其不需要较大结构变更和额外动力源驱动。通过气隙通道内的流场仿真计算,以及对配气机构长时间稳定运行的温升测试试验,验证了该方案的散热效果。(4)全面研究了不同排气门运行策略对发动机性能的影响规律,确定了不同发动机工况下电磁驱动配气机构的最佳运行模式。在满负荷工况下,基于不同的排气门运行模式对于发动机动力性和自身能耗的影响,提出了最佳排气门运行模式的定义原则,并通过联合仿真优化平台对其进行全转速范围内的优化,使其达到发动机动力性与配气机构能耗的良好折衷。在部分负荷工况下,以发动机燃油经济性为优化目标,对气门运行模式进行优化,最终得到了排气门最佳运行模式MAP图。通过研究表明无凸轮发动机相对于原型机而言,有效转矩平均提高8.9%,有效燃油消耗率降低约5%～15%。(5)基于电磁驱动配气机构在发动机进排气系统的应用,探讨了增加发动机几何压缩比技术方案的可行性。提出利用排气门可变这一有效手段来消除扫气干涉现象的方案,其能够强化扫气效果,降低缸内压缩始点温度,并通过与进气门运行策略和发动机空燃比的联合优化,最终有效抑制了发动机爆燃倾向,达到将压缩比提升至13.5,进一步提高发动机热效率的目的。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK403
【图文】：

实施计划,世界各国

动车排放污染物初步核算为４４７２．５万吨，这不仅是造成灰霾、光化学烟雾污染的重逡逑要原因，而且会直接影响群众健康［２］。因此世界各国均制定了强制性汽车排放法规和逡逑标准，以控制汽车排放物的影响，图１．１所示为不同国家所推行的汽油车排放法规的逡逑各个时间段。我国也从２０１６年开始实施第四阶段乘用车燃料消耗量标准来降低乘用逡逑车油耗１３）。长久以来，节能减排已经成为内燃机技术进步的重要驱动力，也是世界汽逡逑２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８逡逑■欧洲逦Ｅｕｒｏ４邋〉逦Ｅｕｒｏ５邋＾邋二、：．．邋Ｅｕｒｏ６逡逑美国逦ＥＰＡ２００７￣）逦ＥＰＡ２０１０逦〉逡逑印度逦Ｅｕｒｏ２〉逦Ｅｕｒｏ３逦〉Ｅｕｒｏ４逡逑中国邋｜逦ｉ３逦）邋Ｉ邋Ｈ４邋）邋｜逦＾５逦），：国５逦〕逡逑逦邋逦逡逑图１．１世界各国排放实施计划逡逑Ｉ逡逑

改善途径,发动机效率,主要因素

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